Сторінка
1

Кам’яне вугілля і його добування

Практично неможливо встановити точну дату, але десятки тисяч років тому людина, вперше познайомився з вугіллям, став постійно стикатися з ним. Так, археологами знайдені доісторичні розробки покладів вугілля. Відомо, що з кам'яним вугіллям люди були знайомі в період древньої культури, але факти про його використання відсутні. Пізніше, у Римі, винайшли шляхи використання його, але лише в часи Аристотеля з'явився опис деяких інших властивостей вугілля, а в 315 р. до н.е. його учень описує вугілля як паливний матеріал і називає його «антраксом» (пізніше з'явилася назва «антрацит»).

Наука про генезис твердих пальних копалин на підставі численних фактів (виявлення у вугільних шарах відбитків листів, кори, стовбурів дерев і т.д., використання ізотопного методу аналізу) незаперечно довела й обґрунтувала теорію про їх органічне походження. Разом з тим складність природних процесів вуглеутворення і впливу на ці процеси таких факторів, як клімат, умови середовища відкладення, температура, тиск і ін., привели до виділення хімічних, мікробіологічних і геологічних аспектів теорії генезису. Дотепер немає єдиної думки про те, які компоненти органічних речовин є вихідним матеріалом при утворенні різного вугілля, немає єдиної схеми і його генетичних перетворень. Припускають, що загальна схема має вид:

Висловлювалися розуміння, що генезис твердих паливних копалин описується:

a) послідовно протікають стадіями 1>2>3>4>5>6

b) перетворенням вихідного органічного матеріалу 1>2, 1>3>4>5>6 і 1>4>5>6.

Палеографічні умови геологічних епох визначали виникнення органічних речовин, їх розвиток, нагромадження і різні перетворення.

Відомо, що до складу рослин входить целюлоза, геміцеллюлоза, лігнін, смоли, віск, жири, білки, вуглеводи, пектинові речовини. Цілком імовірно, що сполука цих компонентів і їхнє співвідношення в древніх рослинах різного виду й у залежності від палеографічних умов геологічних епох перетерплював визначені зміни. Проте, численні дослідження дозволили установити, що роль різних частин сучасних рослин і механізму їхнього перетворення в умовах вуглефікації істотно не відрізняється від ролі рослин ранніх геологічних епох. У табл. 1 приведений елементна сполука основних компонентів рослин, що беруть участь у вуглеутворенні.

Таблиця 1. Елементна сполука вуглеутворюючих компонентів рослин (%)

До складу восків крім складних ефірів високомолекулярних жирних кислот і вищих алифатических спиртів входять кислоти С24 – С34, спирти С24 – С34 та іноді вуглеводи. Рослинні віски є твердими речовинами, здатними зберігати своя сполука і властивості не піддаватися змінам під дією мікроорганізмів. Завдяки їхній високій стійкості вони зустрічаються в незмінному стані в складі бурих вугіль.

Смоли складаються зі складних ефірів кислот з одноатомними спиртами. Завдяки ненасиченої поліізопреновій структурі вони здатні полімеризуватися й окислятися, що знижує їх розчинність, підвищує молекулярну масу, перетворює в неплавкі сполуки. Жири – складні ефіри високомолекулярних насичених і ненасичених кислот і гліцерину. Цікаво відзначити, що наземні вихідні сполуки містять ненасичені кислоти С18 – С22 і насичену кислоту С16, тоді як серед морських джерел вуглеутворення переважають неграничні кислоти С16 – С22. Жири легко гідролізуються, змінюються під впливом мікроорганізмів, нагрівання й ін., а неграничні кислоти – окисляються з утворенням полімерів.

Білки є високомолекулярними речовинами, що володіють колоїдними властивостями. Зміст їх у бактеріях, водоростях і деревних рослинах досягає відповідно 80, 25, 1 – 10 %. Білки гідролізуються з виділенням амінокислот, що зв'язуються із вміщеними в рослинах моносахаридами.

Целюлоза (С6Н10О5) відноситься до класу вуглеводів з регулярною лінійною структурою, має складну сполуку і молекулярну масу від десятків тисяч до декількох мільйонів. Будучи дуже стійкою до впливу тисків і температури, целюлоза порівняно легко піддається впливу ферментів. Геміцелюлози є вуглеводними сполуками, що легко піддаються гідролізу і розчиняються в кислотах і лугах. Це гетерополісахариди, що утворять при гідролізі у відмінності від целюлози не глюкозу, а манозу, фруктозу, галактозу й уронові кислоти.

Пектинові речовини підвищують механічну міцність стінок рослинних кліток, вони складаються з залишків D-галактуронової кислоти, здатних легко гідролізуватися мінеральними кислотами. Карбоксильні групи в цих залишках знаходяться у виді солей магнію і кальцію, а також у виді метилових ефірів. Міцність кліток вищих рослин пояснюється також присутністю в їх сполуці лігніну, що у відмінності від целюлози не піддається гідролізу, стійкий до впливу хімічних реагентів, нерозчинимих у воді й органічних розчинниках. Лігнін є полімером нерегулярної будови, до складу якого входять ароматичні і жирноароматичні фрагменти. Кисень присутній у виді карбоксильних і гідроксильних груп, ароматичні ядра містять метокси-групи і зв'язані між собою пропільними групами. Молекулярна маса лігніну коливається від 700 до 6000, його висока хімічна стійкість обумовлена нагромадженням гумінових кислот.

Таким чином, можна припускати, що в результаті процесів вуглеутворення з'являються хімічно стійкі компоненти, а менш стійкі беруть участь у цих процесах як напівпродукти розпаду.